球墨铸铁（NodularCastIron）是一种具有优良力学性（xìng）能的金（jīn）属材料，通过在铁（tiě）液中加（jiā）入球（qiú）化剂和孕（yùn）育（yù）剂，让石（shí）墨（mò）呈球状形（xíng）核并（bìng）长（zhǎng）大而获得。20世纪（jì）40年代，现代球墨铸铁由美国国际锡公司（sī）(INCO)青（qīng）年（nián）科研人员K.D.Millis首先研究成功。球（qiú）墨铸铁（tiě）在力学性能（néng）、物理性能、工艺性能、使用性能上具有（yǒu）独特的优（yōu）势，生产（chǎn）工艺（yì）简单，成本低廉，在机械、冶（yě）金、矿山、纺（fǎng）织、汽车及（jí）船舶等领（lǐng）域应用广泛。

生产球墨铸铁时夹渣是zui常见的（de）缺（quē）陷，其（qí）多出现在铸件浇（jiāo）注位置的上平面或（huò）型（xíng）芯上表（biǎo）面部位。夹渣缺陷严重影（yǐng）响铸（zhù）件的力学性能，特别（bié）是（shì）韧性和屈服强度，导致承压部位发生渗漏。

笔（bǐ）者所在（zài）单位生产的一种发电设备铸（zhù）件前期经常（cháng）出现铸件夹渣（zhā）缺陷而报废（fèi），针对此（cǐ）缺陷进行了改进。

1.原工艺及（jí）缺陷状况

铸件重量（liàng）为4500kg，材料为QT400-18，呋喃树脂自硬砂（shā）造型（xíng）。采用15t/h工频（pín）电炉熔炼，化学成（chéng）分为：wC＝3.5%~3.7%，wS＝2.2%~2.7%，wMn＝0.3%~0.47%，wP≤0.06%，wS≤0.2%，浇（jiāo）注温度为（wéi）1350~1380℃。浇注（zhù）系统采用半（bàn）封（fēng）闭式（shì）、横浇道（dào）在分型面的（de）环形底注工艺，内浇道为（wéi）4道（dào）φ35mm的陶瓷管，直浇道为φ80mm，横浇道截面（miàn）为：70/80mm×100mm，截面比为：F直：F横：F内=1∶2.99∶0.77，工艺方（fāng）案如图1所示。这样设计出来（lái）的铸（zhù）件（jiàn）缺陷主要为夹渣，位置在法（fǎ）兰背面和轴承上表面，形状不规（guī）则（zé），无（wú）金（jīn）属光泽，用渗透液或磁粉检测（cè），有时用肉眼（yǎn）即可（kě）发现，如图2所示。

图1 工艺方案

图（tú）2 夹渣缺陷分布（bù）

2.缺陷原因分析

（1）熔炼或球化（huà）处理（lǐ）后，加入的熔（róng）剂（jì）和形成的（de）熔渣在浇注（zhù）时随金属液一起（qǐ）注入型腔。

（2）金属液在浇注过程（chéng）中镁、稀土、硅、锰、铁等二次（cì）氧化，产生（shēng）的（de）金属（shǔ）氧化物和硫化（huà）物（wù）、游（yóu）离石墨（mò）等上浮到（dào）铸件上（shàng）表（biǎo）面或滞留在铸件内的死角和砂芯下表面等处。

原工艺（yì）该（gāi）铸（zhù）件的浇注（zhù）压头为2.5m，铁（tiě）液从浇口杯进入浇注系统后，直接由内浇（jiāo）道底返进入底法兰，进流速（sù）度大，约（yuē）0.7m/s，进入（rù）型（xíng）腔的铁液（yè）紊（wěn）流严（yán）重，且严重卷气（qì），因此（cǐ）铸件表面出现大量的渣（zhā），造成该产品的废品率超过10%。

（3）由于含（hán）硫量（liàng）过高，使（shǐ）金属液（yè）含有大量硫化物，浇注后在铸件内（nèi）部形（xíng）成渣。

（4）金属液中各（gè）组（zǔ）元（碳（tàn）、锰、硫、硅、铝（lǚ）、钛（tài））之间或这些组元与氮、氧之间发（fā）生化学反应（yīng），其氧化物与炉（lú）衬、包（bāo）衬、砂型壁或涂料之（zhī）间（jiān）发生界（jiè）面反应（yīng）形成（chéng）夹渣。

3.改进（jìn）方（fāng）案（àn）

（1）熔炼时对（duì）原材料进行分拣，保证干（gàn）燥（zào）、清洁（jié）、无锈蚀。

（2）提高（gāo）铁液出炉温度和球化（huà）处（chù）理温度（dù），对浇包（bāo）进行充分烘烤。

（3）金属液在（zài）浇包内应静置一（yī）段时间（jiān），以利（lì）于渣（zhā）上浮。

（4）降低原铁液含（hán）硫量，在保证球化（huà）前（qián）提下，尽（jìn）可（kě）能减少（shǎo）球墨（mò）铸铁（tiě）的残留镁含量。

（5）浇注系统改进（jìn）。为保证铁液在充填型腔的过程中平稳（wěn）、流畅，按大孔（kǒng）出流理（lǐ）论（lùn）对浇（jiāo）注系统进行了改进，如图3所示。采用开放式浇注系统，通过增大（dà）进流截面（miàn）降低（dī）进流速度。铸件整体分散进流，快速充（chōng）型，保证浇口杯、直浇道及时充满。

图3 改（gǎi）进后的（de）浇注系（xì）统

该铸件重（chóng）4500kg，浇注重（chóng）量6000kg，根据相关公式（shì）计算的浇（jiāo）注时间为（wéi）60s，阻流（liú）截面积为52cm2，即设计的（de）开放式浇注系统的直浇道截（jié）面积为52cm2。按照标准的陶瓷管（guǎn），则选择φ80mm的陶瓷管，截面（miàn）积是50.24cm2，按照推荐的浇注系统比例，设计（jì）的（de）横浇（jiāo）道截面（miàn）形状是矩形（xíng）（9cm×6cm），则面积是108cm2，内浇道是13道φ35mm的陶瓷（cí）管，截面积是（shì）125cm2，则zui终的截（jié）面比是F直：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根据上面计（jì）算的参数计算得进（jìn）流速（sù）度为（wéi）0.28m/s，进（jìn）流速度降低很（hěn）多，是原工艺进流速度的（de）40%。充型平稳，避免（miǎn）紊流，大大降低了铁液二次氧化的机会，从而可以减（jiǎn）少夹渣缺陷。

4.改进后验证（zhèng）

采用以上措施连续生产15件，铸件没有再出现法兰和轴承上表面部位夹渣缺陷，改进有（yǒu）效。类似的方法在其他产品上（shàng）运用，也（yě）有明显效果。

5.结语

大型球（qiú）墨（mò）铸铁件易（yì）于在浇注位置上表面以（yǐ）及铁液流动（dòng）的一些死角区域（yù）产生夹渣（zhā）缺陷，这（zhè）些缺陷可以通过（guò）熔炼控（kòng）制和浇（jiāo）注系统的改进来解决。浇注系（xì）统形（xíng）式以及参数选择应能保证（zhèng）铁液平稳（wěn）充型，为此浇注（zhù）系统各组成部分面积、浇注时间需按照内（nèi）浇道低速进流、铸件整体快速充满的原则来（lái）计算。